通过单电路来学习电感的升压原理

学习升压(Boost)型直流开关电源的基本原理。

给一个电感通电，然后迅速断电，电感的开路一侧会出现高电压。

我们可以用下面这个由一个电感和一个开关组成的简单电路来学习一下电感的升压原理。下图是电路图：

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图1-电感升压实验电路

下图是在面包板上组装好的电路：

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图2-面包板上的电感升压电路

下面是按下按钮然后迅速松开后的波形截图：

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图3-电感升压波形

可以看到 5V 电压在电感开路一侧被升高到了 130V。

在这个简单的电感升压电路后面加一个二极管和电容就构成了经典的升压型直流-直流开关电源(switched-mode boost DC-DC power supply)：

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图4-经典升压型直流-直流开关电源原理图

当开关闭合期间，由于二极管右侧电压高于左侧，二极管可以防止电容存储的电能通过开关向电源放电。电容用于减小开关电源纹波，起稳压滤波的作用。

我们使用 Arduino UNO 来产生控制 PWM 信号，开关我们使用 N 沟道场效应管 IRFZ44N。N 沟道场效管的 Gate 极在输入低电平 时场管的 Drain 极和 Source 极会关闭，反之， Gate 极输入高电平 ，Drain 极和 Source 极会导通。

实验电路原理图如下：

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图5-基于Arduino的升压型直流-直流开关电源

Arduino A0 引脚接可调电阻，用于调节输出电压。

A1 接反馈信号，由于使用了 1k 和 8k 电阻分压，实际输出电压是此电压的 9 倍。

D3 引脚接输出 PWM 控制信号，输出高电平时场管导通，输出低电平时场管关闭。

可调电阻输出 5V 时，输出电压最大，为 5V*9=45V。

下面是 Arduino 代码：

程序不停对可调电阻的电压 voltage 和输出电压的 1/9 output进行比较，当 voltage < output 时，增大 PWM 信号占空比，提高输出电压;当 voltage > output 时，减小占空比，降低输出电压。

1.在面包板上搭建电路：

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图6-面包板上的基于Arduino的升压型直流-直流开关电源

2.示波器波形图如下：

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图7-基于Arduino的升压型直流-直流开关电源波形动图

可以看到随着 PWM 控制信号占空比的增加，电感输出电压逐渐增大，最高可达 34.8V。

升压型直流开关电源是利用了通电后的电感突然断开，在开路的一侧会出现电压升高这一特性而实现的，并且，通电时间越长，电感断开时出现的瞬间电压越高。